工程制圖課程與學生綜合思維能力培養論文
【摘要】分析學生在學習工程制圖時表現的常態性問題，并提出在工程制圖課堂教學中有機融合綜合思維能力培養的教學改革思路。
【關鍵詞】工程制圖；空間思維能力；發散思維能力；邏輯思維能力；教學改革
一、學生在工程制圖課程的學習過程中遇到的問題
學生在工程制圖課程學習的過程中遇到的常態性問題主要表現為以下三個方面：一是對照二維視圖難以在腦海里將其物化為空間立體形態，在進行作業練習時無法根據已知的部分視圖繪制第三視圖或其他視圖。二是對指定的立體進行視圖表達時，認知局限于“答案唯一”，沒有“既可如此表達，也可那般表達”的發散式思維意識，大部分同學的作業中表達均完全雷同，形式單一，不夠靈活。三是視圖表達不完整，雖然在腦海中可以物化立體形態，但在視圖表達中總存在多線或漏線現象。深究這些常態性問題的本源，第一，學生難以在腦海里物化立體形態，源于缺乏空間思維能力，無法將二維視圖的點、線、面構成與立體形態建立聯系。第二，學生對于立體的視圖表達方式不夠靈活，源于學生長期以來接受應試教育而形成了“標準答案唯一”的意識，這種習慣抑制了發散思維能力的發揮，在做作業時相互參照，求同避異，導致作業結果雷同，無法體現活學活用的學習效果。第三，在進行視圖表達時，學生在很多情況下只是單純對照腦海里的立體形態進行視圖表達，較少運用邏輯思維來分析視圖表達的正確性和完整性，加上缺乏嚴謹的學習態度，導致雖然表達時大部分結構都是正確的，但是在局部和細節表達上往往出現錯漏線條或線型表達錯誤等現象。空間思維能力、發散思維能力以及邏輯思維能力構成了識讀和繪制工程圖樣的綜合思維能力。根據以上常態性問題分析可知，在進行工程制圖課程教學改革時，應圍繞培養學生的這三大思維能力來開展教學方法與手段的改革。
二、綜合思維能力的培養
（一）空間思維能力的培養空間思維能力是人們對客觀事物的空間形式進行觀察、分析、認知的一種抽象思維能力。無論是識讀還是繪制圖樣，空間思維能力都是不可或缺的基本能力。在工程制圖中，它主要體現為：能根據直觀的二維視圖或者語言表述，在腦海中呈現相應的空間立體形態；能根據空間立體形態，在腦海中形成其各個視角的直觀二維圖。能對復雜的立體結構在腦海中進行拆分、疊加或刪減，理解拆分后各結構的形態，完成對復雜立體結構的整體認知。空間思維能力并非憑空捏造，即便是天馬行空的想象也是建立在細致入微的觀察及知識累計的基礎上。因此，空間思維能力的培養需按照層次逐級培養提高。階段一的培養重點為強化學生對三維空間投影體系的認知，以觀察為主，讓學生建立起清晰的三維投影空間體系。教學過程中，可借助教室角落等直觀的三個墻面構成現實的三面投影體系，讓學生觀察這三個面的相對方位，并要求學生用語言表達其觀察結果。階段二是強化投影特點的認知。通過不同方位觀察投影體系中的'實物，了解各個投影方向上實物所呈現出來的結構形態。選取的實物案例應為學生最熟悉的實物，可讓學生作為實物案例站立于該三面投影體系中，同學們通過前方、左方以及想象從上方看到的人物投影，用簡單的輪廓線將所看到的人物影像表達出來，并區分各個投影中觀察看到的人物身體部位特征，如正面投影可看到左右手，左右腿，了解頭部、手臂和腿等各部分的上下左右方位關系。正面投影和左面投影均能通過觀察得到人物影像的概念，由此再引申到俯視方位，讓同學們想象從上方看到人物的影像。以學生最熟悉的人物案例作為階段二的代表性案例，既讓學生覺得有趣，也讓他們從最熟悉的事物開始積累觀察經驗，從不同視角的想象來激發學生的空間想象力。階段三，讓學生利用卡紙建立一個三面投影體系，提供基本立體模型，將立體模型放置于三面投影體系中，學生從三個基本投影方向分別觀察及測量立體模型，并將觀察到的影像繪制出來。接著收回模型及學生繪制的圖形，讓學生憑借印象再次進行三個投影的繪制。學生在此過程中逐漸將觀察轉化為想象，并在腦海里形成具體的三維空間投影概念。階段四，通過語言表達，對基本立體進行簡單的疊加或切割，讓學生在繪制好的視圖中進行修改，強化其空間思維能力。階段五，提供對該立體進行另一種疊加或切割的二維視圖，讓學生觀察視圖并口頭描述視圖中的形體在原型的基礎上進行了何種修改，培養學生從二維直觀圖轉換到腦海中的空間形體的想象能力。任何事物的發展規律均需要一個逐級發展的過程，空間思維能力的培養也是如此，不能采用拔苗助長的教學方式。不重視空間思維能力的培養，最終將導致學生在面對復雜的立體投影圖時無所適從。想象力具有明顯的遞增性，只有按照其發展規律，適當地設計教學環節，組織好教學內容，逐級提高學生的空間思維能力，將其培養滲透到每個知識點中，才能產生潤物細無聲的教學效果。
（二）發散思維能力的培養發散思維又稱求異思維，以其獨特型、變通性及流暢性，可使人克服腦海中固定的思維框架，思路呈現豐富的多樣性和多面性。在工程制圖知識體系中，培養發散性思維有助于幫助學生突破局限，擴展思路，在面對結構復雜的零部件和裝配體視圖表達時，積極尋求不同的表達方案組合，掌握最優方案的評估方法，以達到面對任何工程圖學問題都能不拘泥一格，靈活表達，具備解決復雜實際工程問題的能力。發散思維能力是創新能力的基礎，隨著高等教育對創新型技術人才培養的側重，發散思維能力的培養日趨重要。在工程制圖課程教學中，發散思維的培養需要借助橫向類比、觸類旁通等教學手法，使思維沿著不同方向擴散。圖1“發散思維案例示范（一）”是一個培養發散思維能力的實例。對于圖1中的a視圖，讓學生在1分鐘內想象并繪制出可能的左視圖。只有一個投影視圖的立體給學生提供了很大的想象空間，1分鐘內學生想到的結構見圖1中的b～d視圖。經實踐證明，在學生的想象力得到認可的基礎上，再給學生5分鐘的時間，學生通過比較分析，其運用發散性思維的能力將得到快速提高。在該實例教學中，學生在后5分鐘內共想出了44種可能的左視圖方案。見圖2“發散思維案例示范（二）”。雖然根據排列組合計算該題的方案遠不止44種，但學生通過訓練可以深刻體會發散思維的開發過程。擴展性的立體視圖分析有助于學生對立體投影發散式思考能力的培養，同樣將這種訓練延伸至組合體視圖的表達方法上，養成多角度思考表達方式的思維習慣，從而熟知各種視圖表達方法的特點，掌握能靈活應對復雜的工程圖樣問題的能力。除教師結合課堂內容教學提供發散思維訓練題外，可由學生自行設計該類型的作業，以此驅動學生主動進行發散性思考，打破自身思維禁錮，開放性地接受課程內容，并能舉一反三，可持續性地延伸課程內容。
（三）邏輯思維能力的培養工程制圖中，邏輯思維能力的培養應建立在空間思維能力和發散思維能力培養的基礎上。當學生能夠在二維投影圖和空間立體形態中產生聯系，并學會從多角度認識立體結構，結合邏輯思維分析，在進行識讀和繪圖時進行視圖的認知和校正。邏輯思維能力的培養在工程制圖課程中最具代表性的是利用形體分析法和線面分析法進行復雜組合體形態的分析及視圖的繪制。以形體分析法在繪制組合體視圖的應用為例，在進行組合體的視圖繪制時，首先在腦海里將復雜形體拆分成若干基本立體，建立各個基本立體之間的位置邏輯關系，進行繪圖時，再逐次將基本立體重組為組合體的形態。繪圖過程中，按照基本立體的投影視圖進行繪制，并分析在特定的投影方向上基本立體之間的遮擋邏輯關系，進行視圖細節部分的處理，如被遮擋的立體輪廓改用虛線表達等。在邏輯思維能力的培養中，學生往往存在片面性。例如在利用形體分析法進行繪圖時，學生常常只是單純地將組合體進行拆分，而忽略了對基本立體位置的邏輯分析，以及沒有意識到所謂拆分只是假想的過程，而非真實動作等。以至于繪圖過程中常將假想拆分后的基本立體獨立繪制，不考慮各個基本立體之間的拆分邏輯，繼而出現了多線或少線、以及線型表達錯誤的問題。因此在進行邏輯思維能力的培養中，應從淺入深，先從由兩個基本立體組成的組合體視圖表達開始，訓練學生在組合體視圖表達中的邏輯思維能力，逐層提高組合體的復雜程度，使學生能夠深刻領會邏輯分析在工程圖樣表達時的重要性。圖紙是工程交流的主要語言，工程圖樣的表達能力是工科學生必備的基本能力。要掌握工程圖樣的識讀及繪圖技能，就必須具備良好的空間思維能力、發散思維能力和邏輯思維能力。在工程制圖課程教學改革中，應將這三方面的思維能力培養有機地融入課程內容體系中，以使培養的學生真正做到“能表達，能靈活的表達，能科學的表達”。
【參考文獻】
［1］陳新寶.優化制圖教學方法培養學生空間想象能力［J］.實踐與探索，2011（7）
［2］陸國棟，孫毅等.面向思維力、表達力、工程力培養的圖學教學改革［J］.高等工程教育研究，2015（5）
［3］宮霞霞，孫付春.基于應用型創新人才培養的機械制圖教學改革探討［J］.教育與教學研究，2012（5）